CN1145304C - 产生信道编码和用户编码的信息信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在产生信道编码和用户编码的信息信号的方法中编码设备(COD)接受通过数据字符串体现的信息信号。以信道代码对信息信号信道编码并且以从多个可支配的用户代码中选择的确定用户代码对信息信号用户编码。在考虑须传输的、信道编码和用户编码的信息信号的防错保护程度的情况下从在存储器ME中可支配的用户代码中选择确定的用户代码。

Description

产生信道编码和用户编码的 信息信号的方法和装置
本发明涉及在一个发送器、特别是移动无线发送器中产生信道编码和用户编码的信息信号的方法和装置，该方法预先规定用于经过信道、特别是无线信道传输信息。
在多用通信系统中须在发送器中如此整理经过信道须发送的信息，即防止干扰并能够用户分离。
通过信道编码(也称作防错保护编码)实现信息防止干扰。在信道编码的情况下在须传输的信息中嵌入冗余，随着冗余的增加提高信息传输的抗干扰性。可是缺点是，对此增加了对信息传输所须的频率范围、也就是说产生频率扩展。
同样通过信息的编码可以实现用户分离。如此的用户特殊的编码在下面也称作用户编码。其用于，虽然这些信号同时共存在同一频带内，可是在各接收机中可以把信息信号同多个用户彼此分离。与另外的多重访问方法、象TDMA(时分多址)、FDMA(频分多址)或SDMA(空分多址)相比该用户编码的方法具有较高的灵活性，因为以简单的方式可以分配并交换用户代码。
一个已知的用户编码方法是CDMA(码分多址)。在CDMA中通过在信息信号的每个数据字符上印上CDMA代码产生用户编码。CDMA用户编码同样引起信息信号的频带扩展，并固此也称作CDMA扩展编码。
迄今为止，彼此分离考虑防错保护编码和用户编码。这特别适合于目前处于标准化的TD/CDMA(时分码分多址)系统，该系统与UTRA(UTMS陆地无线电访问)TDD(时域转接)模式相同。对此UMTS代表通用移动电信系统并体现第三代移动无线标准。
在出版物P.Frenger及其他人的、在“IEEE媒介技术联合会的会议录”中、(VTC 1998)、2497-2501页、1998年、“Combined Codingand Spreading in CDMA-Systems using Maximum Free DistanceConvolutional Codes”中描述了一个编码器，其不仅执行信道编码而且也执行用户编码。由此实现用户编码，由一个选择器连续并同样多次地选择防错保护编码器的不同发生器的输出端。由此产生一个无助于频带扩展的“签名序列”，其在检测时被考虑用于区分不同的用户信号。
在文献U.S.5,321,721中增加了PN扩展编码器的时钟频率，同时改善了传输质量。工作方法基于这个事实，相对长的PN序列允许更好的用户分离。从信道代码和用户代码(PN扩展代码)中获得总代码的汉明距离不作为选择标准考虑。
在IEEE1996、扩展频谱技术和应用的第四届国际研讨会的会议录中、1996年九月22-25，第2卷，585-589页、M.Bickel及其他人的出版物“Optinization of Code Rate and Spreading Factor forDirect-Sequence CDMA System”介绍了采用固定处理增益改变信道编码的码率和PN扩展代码的扩展因数(通过信道编码和PN编码获得总带宽扩展)。在上述必要条件(固定的总带宽扩展)的基础上直接从码率中获得所需的PN代码(或更确切地说其扩展因数)。
在1999年六月6-10日，1999通信理论小型研讨会，67-71页的Z.Ye及其他人的文章“A Rate-Adaptive Coded OFDM(RA-OFDM)Spread Spectrum System for Tactical Radio Networks”对于给出的总带宽扩展同样考虑了在信道代码的码率和用户代码的扩展因数之间的综合。或者依靠OFDM-SS代码(扩展)或者依靠OFDM代码(没有扩展)实现用户编码。
在IEEE1996、扩展频谱技术和应用的第四届国际研讨会的会议录中、1996年九月22-25，第2卷，667-671页、T.Frey及其他人的文献“A First Approach to Concatenation of Coding and Spreadingfor CDMA-System”使用一种信道代码C(n、k、d)和PN用户代码用于编码信息序列。通过对于所有用户相同的信道代码和PN用户编码执行的信号扩展没有实现频带扩展。没有考虑特殊的PN用户代码选择。
本发明基于这个任务，给出一种产生信道编码和用户编码的信息信号的方法，该方法允许须传输的信息的尽可能好的防错保护。此外本发明的目的在于，建立一个装置用于产生适合于发送器、特别是移动无线发送器的如此信道编码和用户编码的信息信号。
根据本发明不再单独在尽可能灵活并简单运用多冲访问方法的观点下而且在须传输的信息信号的防错保护的观点下选择对于传输考虑的用户代码。由此取消了在信道编码(为了防错保护的目的)和用户编码(为了用户分离的目的)之间的传统分离。结果是可以获得具有好的防错保护特性和低频带扩展的、使用户分离成为可能的总代码。在这种情况下从可得到的用户代码中如此选择特殊的用户代码，即由信道代码和已选择的用户代码形成的总代码具有最大的汉明距离。在二个(任意)代码字之间的最小间隔是汉明距离。汉明距离越高，越可以可靠并因此越容错地在接收机中实施总代码的解码。
可以依赖于所应用的信道代码选择确定用户代码。
只要信道编码器产生具有可变码率R的信道代码，则该码率R用作选择参数。
也可以使用一个信道编码器，其可以产生不同的代码形式、特别是分组码、卷积码、并行或串行链接的卷积码和/或分组码并可以特别产生涡轮(turbo)码。在这种情况下可以按照所应用的信道代码的形式调整用户代码的选择。
一个另外的有益措施在于，依赖于须传输的业务实现确定的用户代码选择。
例如DS-(直接顺序)CDMA扩展编码、MC-(多载波)CDMA扩展编码或FH-(跳频)CDMA扩展编码可以用作用户编码。
下面根据实施例参考图详细阐述本发明；在图中指出：
图1具有发送器和接收器的移动无线系统的空间接口的图解描述；
图2在信道编码和用户编码中阐述频带扩展的图解描述；
图3在DS-CDMA和MC-CDMA中阐述频带扩展的描述；
图4具有一个根据本发明实施例的编码器的发送器的方框图；
图5具有可变码率的信道编码器的方框图。
图1指出了移动无线系统的一个发送器S和一个接收机E。发送器S或者接收机E不仅可以分配给一个特别的蜂窝式移动无线系统的基站而且也可以分配给移动站。
信息源Q、例如传声器、摄像机、等等产生须传输的信息。须传输的信息不仅可以以模拟信号(例如语言、音乐、视频信号)的形式而且也可以以数字信号(例如数字语言、音乐、图像存储器的存储器内容)的形式存在。然后信息被供给一个源编码器QC，对此在最先列举的情况下(模拟的信息信号)实现进行信息信号的模/数转换。源编码器QC把接收的数字信息信号转换为具有较低冗余的数字信号。源编码器因此导致信息压缩或数据压缩，这能够基本上以较低的数据传送率可以实现下面的数据处理和传输。
如果预先规定包交换的数据传输，则在源编码器QC中此外把信息信号划分为单个数据包。
信道编码器KC接受已源编码的信息数据并以还要详细描述的方式实施与传输信道匹配的信道编码。
连接在信道编码器KC后面的选择的嵌套器IL的目的同样是改善接收信息的防错性。通过要传输的、已信道编码的信息信号的发送方的嵌套当在接收机中解码时提高了出现检测错误的统计独立性。
在嵌套器IL后面连接一个解调器MOD，其以没有详细描述的方式包含一个字组成分、扩展编码器和真正的调制器级。从调制器MOD输出的基频信号在高频级HF中加调制在高频载波上并借助于天线作为无线信号FS发射。
无线信号FS经过空间接口传输并由接收机E接收。接收机E同时也接收由多用户通信系统的另外发送器发送的无线信号。
接收的信息信号在高频级HF′中转换为基频。由高频级输出的基频信号被供给解调器DMOD。该解调器DMOD以没有详细描述的方式包含一个模/数转换器、一个扩展解码器和一个适配的、相干数据检测器。
扩展解码器已知了由在此考虑的发送器S应用的扩展代码(用户代码)或者在改变当前扩展代码时告知扩展解码器。通过(包含全部接收信息信号的)基频信号与发送器方面应用的扩展代码的相关，扩展解码器实施用户分离，也就是说从基频信号中获得源出于发送器S的信号成分。
适配的、相干数据检测器然后在考虑接收机的接收场强的数值和相位的情况下实施来自发送器S的、传输的信息信号的匹配于传输信道当前状态的检测。在其输出端上给解调器DMOD提供数据字符串，该数据字符串是由在发送器S中的调制器MOD接受的数据字符串的复原。
也可以预先规定多用户检测，在多用户检测中数据检测器检测多个用户信号，由此在关心的用户信号中可以消除源出于另外用户信号(决定性的)干扰信号。
由一个(选择的)去嵌套器DIL再度以正确的顺序转交由解调器DMOD输出的数据字符串(也就是说取消由嵌套器IL引起的数据字符嵌套)并传递给信道解码器KDC。信道解码器KDC根据在信道编码器KC中应用的信道代码实施已检测、编码的数据字符的解码。为此信道解码器KDC已知在发送器S中应用的信道代码或者在改变当前信道代码时告知信道解码器。
为了支持信道解码器KDC的工作并提高可校正的检测错误的数目，适配的相干数据检测器为每个已检测的数据字符产生一个可靠性信息并告知信道解码器KDC(所谓的“软判定”)。
信道解码器KDC产生一个数据字符串，其数据字符是由发送器S的信道编码器KC接受的数据字符的复原。
或者错误或者正确地复原数据字符。误码率表明错误复原字符的相对频度。
由信道解码器KDC解码的数据字符在源解码器QDC中源解码，也许转换为模拟的数据信号并供给适当的信息汇点D(扬声器、显示器等等)。
根据图2阐述了在发送器S中通过信道编码和扩展编码产生的、须发出的信息信号的频带扩展。供给信道编码器KC的源编码的数字信息信号包括位串u。位u的持续时间是Tu。信道编码器KC在位串u中添加冗余并输出位持续时间Tb的位串b。信道编码器KC的码率R通常定义为比例k/n，其中n是位b的数目，在信道编码器KC的输出端上提供该数目以应答k个在信道编码器KC中输入的位u(通过添加r个冗余位)，也就是说n＝k+r。因此使用：R＝Tb/Tu。码率典型地处于1/3和1之间。在信道编码器中信息信号的带宽从1/Tu扩大、也就是说“扩展”到1/Tb。
在信道编码器KC的输出信号中包含的位b接下来在一个(选择的)位-字符转换器BSU中反映在多价数据字符d上。每个数据字符d具有Ts的字符持续时间。适用Ts≥Tb。
最后在调制器MOD的扩展编码器SC中扩展调制数据字符d。在DS-CDMA的情况下每个数据字符与一个长度L的独特CDMA扩展代码(用户代码)相乘。对此产生的码片c具有码片持续时间Tc。
在图2中描述的信道编码器KC与扩展编码器SC的组合不仅可以思想上而且可以结构上组成一个(总)编码设备COD(参见图4)。为了简便起见，下面假设，不存在位-字符转换器BSU，也就是说b＝d并且Tb＝Ts。Rc＝Tc/Tu＝k/nL当然适合于根据本发明的编码设备COD的码率Rc。不仅信道编码器KC的码率R而且所应用的CDMA扩展代码的长度L影响编码设备COD的码率Rc。
图3说明了二个特殊形式的CDMA扩展编码、即DS-CDMA(在图3中上面的描述)和MC-CDMA(在图3中下面的描述)。对此垂直轴体现在频率范围内的频带扩展Δf。水平轴体现持续时间Δt。
在DS-CDMA中数据字符d在乘法器M中与用户特殊的、例如包括各码片持续时间Tc的、L＝4个码元c1、c2、c3、c4的CDMA扩展代码C相乘。得出的扩展编码(也就是说用户编码)的数据串包括四个码片dc1、dc2、dc3、dc4，并具有4/Ts的频带宽度。
在MC-CDMA中在应用前面的CDMA扩展代码C的情况下，在四个分别分配给各个码元c1、c2、c3、c4的窄带、分离频带f1、f2、f3或者f4上传输数据字符d。频带f1、f2、f3和f4可以间断地分布在频率范围内。合成的频带扩展还是4/Ts，也就是说在长度L的CDMA扩展代码的基础下一般是L/Ts。
图4更详细地指出了在图1中描述的发送器S。很明显，由发送器S的一个中央控制单元SES控制源编码器KC、信道编码器KC、嵌套器IL和在调制器MOD中包含的扩展编码器SC。此外一个另外的嵌套器IL1与控制单元SES连接，其布置在源编码器QC和编码设备COD之间的信号路径中。在一个存储器ME、例如一个ROM中存储不同的CDMA扩展代码。通过与控制单元SES的连接V1可以选择确定的CDMA扩展代码，并且该扩展代码为了信息信号的用户特殊的扩展编码经过数据连接V2向下存入调制器MOD中。
在选择确定的扩展代码时考虑不同的影响量。
首先注意，应用一个“空的”CDMA扩展代码，目前没有另外的在相同的空间领域内通信的用户使用该扩展代码。为了这个目的接收机E(例如一个基站)可以告知发送器S所有目前空的CDMA扩展代码的“建议单”。也可以告知发送器S另外的与多重访问方法的运用相关联的方面，并且在以后的代码分配时考虑。
可是根据本发明在选择确定的CDMA扩展代码时也考虑由编码设备COD输出的已编码的信息信号的防错保护程度。基础在于，鉴于信道传输的最佳信道代码与鉴于用户分离的最佳扩展代码的组合不必招致具有最佳防错保护特性(也就是说例如在接收机E中最佳的误码比)的“总代码”。本发明通过有针对地选择CDMA扩展代码如此使通过信道编码和扩展编码产生的总代码的最佳化成为可能，即实现在接收机E上更好的接收。
例如可以如下通过中央控制单元SE8选择适合的CDMA扩展代码。
正如下面还要详细阐述的，只要在信道编码器KC中可以产生不同的信道代码，则可以给每个代码对(信道代码、CDMA扩展代码)分配一个加权码，其表明由代码对产生的总代码的防错保护程度。(事先可以通过仿真计算确定各自的加权码并生产商方面把加权码输入控制单元)。当然在建立通信连接时可以选择这样的代码对(信道代码、CDMA扩展代码)，该代码对在忽略基于多重访问限制不行的代码对时具有最高的加权码。
如果固定地预先确定信道代码，则可以以类似的方式处理信道代码。当然简单地选择(可能的)CDMA代码，其加权码—关于预先确定的信道代码计算的—是最大的。
代替通过仿真计算确定的加权码，确定的CDMA扩展代码或者代码对的选择也可以基于总代码的汉明距离，也就是说选择一个CDMA扩展代码，其产生具有最大汉明距离的总代码。
最后如此选择CDMA扩展代码或者代码对(信道代码、CDMA扩展代码)，即或者得到尽可能低的扩展频带或者保持预先确定的、最大允许的频带扩展。
在选择确定的CDMA扩展代码或者代码队(信道代码、CDMA扩展代码)之后须把选择的CDMA扩展代码或者选择的代码对告知接收机E，因此在接收机E中能够解码编码发送的信息信号。
这也是可能的，在选择CDMA扩展代码或者代码对时考虑由接收机E发出的回答信号作为影响量。在接收机E中根据得出的传输质量直接确定通过编码实现的防错保护程度。例如在接收机E中通过简单的奇偶校验确定接收的数据块或数据包的有错误传输，或通过计算分配给接收的数据字符的可靠性信息的方差估算误码率。然后在发送器S中在选择确定的CDMA扩展代码或代码对时可以考虑这个回答信号，其包含关于估算误码率和/或错误状态信息的信息。如果在通信过程中出现临界的传输比，则通过变换CDMA扩展代码或者代码对可以实现改善或至少维持通信连接。
此外能够在接收机E中实现确定的CDMA扩展代码或代码对的选择，并以代码分配指令的形式告知发送器S。
在选择确定的CDMA代码或代码对时此外也可以考虑下面的影响亮：
—源编码器QC的源代码，只要预先规定可变的源编码，
—嵌套层次和嵌套方式(块嵌套、卷积嵌套)，只要预先规定具有可变嵌套层次/嵌套方式的嵌套器IL1或IL，
—在信道编码(已经提到)中特别的码率R和代码形式，只要预先规定了具有可变码率和/或可变代码形式的编码器KC，
—当前业务(服务)，象通常一样，只要提供多种业务(例如在语言业务中最大允许的误码率为10-3，在数据业务中为10-6)。
图5同样指出了在本发明范围内可使用、具有可变码率R的信道编码器的特殊实例。
信道编码器KC包含一个第一递归的、系统卷积编码器FC1、一个由二个加符点器P1、P2和一个乘法器MUX构成的码率提升级、一个连接在码率提升级P1/P2/MUX后面的嵌套器ILC、一个第二递归的系统卷积编码器FC2和一个另外的码率提升级P1′/P2′/MUX′，其设计上可以与第一码率提升级P1/P2/MUX相同形成。
每个卷积编码器FC1、FC2输入端方面具有一个第一加法器ADD1和一个连接在第一加法器ADD1后面的、具有二个存储单元T的移位寄存器。卷积编码器FC1、FC2各具有一个第一输出端01，在该输出端上面输出二进制序列，其单元(位)与最初接收的数据位u是相同的。具有这个特性的编码器称作系统编码器。在第二输出端02上卷积编码器FC1或者Fc2提供冗余二进制数据序列，其由第二加法器ADD2形成。很明显，在一个确定时刻在第二输出端02上存在的冗余位依赖于输入位u以及在二个存储单元T中存储的先前的位u。卷积编码器FC1、FC2因此拥有复位存取层次3。
因为每输入位u准确产生一个冗余位，第一卷积编码器FC1的码率以及第二卷积编码器FC2的码率各为0.5。
加符点器P1接受在输出端01上提供的系统位串(输入位)。在第一卷积编码器PC1的输出端02上提供的冗余位串被供给第二加符点器P2。二个加符点器P1、P2具有一个控制输入端，正如在图4中描述的、该控制输入端与发送器S的控制单元SES连接。通过这个控制输入端告知加符点器P1或者P2由控制单元SES输出的加符点指令PA1、PA2。加符点指令PA1或者PA2各表明一个加符点格式，根据这个加符点格式给各自要进行加符点的系统的或者冗余的位串加符点。
例如加符点格式可以有“xx0xx0xx0xx0…”的内容。对此x表明“加符点”并且0表明“不加符点”。在一个如此的加符点指令PA1或者PA2的情况下因此始终加符点二个数据字符，也就是说从位串中消除二个数据字符并传递一个数据字符。
由加符点器P1、P2传递的并在乘法器MUX中相乘的位当在嵌套器ILC中块方式或束方式的嵌套之后，正如已经描述的，被分配给第二卷积编码器FC2，并在那里以象在第一卷积编码器FC1中相同的方式进一步处理。在第二乘法器的输出端MUX′上提供已信道编码的信息信号使用。
以该信道编码器KC最小可达到的码率为1/4。通过控制加符点器P1或者P2(并没有描述同样的P1′、P2′)可以按照要求改变信道编码器KC的码率。
可变地构成在信道编码器KC中产生的信道代码的另外的可能性在于，改变编码器的代码形式。在图5中描述的信道编码器产生一个串行链接的卷积码。如果代替卷积编码器FC1、FC2使用块编码器，则产生一个串行链接的分组码。以类似的方式可以产生并行链接的代码(卷积码、分组码或二者的组合)。通过具有相应转换能力的信道编码器的模件化结构可以实现多个不同的代码形式，同样由控制单元SES根据要求可以调整代码形式。
概括起来可以确定，根据本发明在改善防错保护的观点下利用通过用户代码的选择可能性实现附加自由度。

Claims (6)

1.在一个发送器(S)，特别是移动无线发送器中产生信道编码和用户编码的信息信号的方法，有一个编码设备(COD)，其接受通过数据字符串体现的信息信号，以信道代码对接受的信息信号进行信道编码并以一个从多个可支配的用户代码中选择的确定用户代码(C)对接受的信息信号进行用户编码，并且其输出须传输的进行了信道编码和用户编码的信息信号，其特征在于含有如下的步骤：
考虑须传输的信息信号的防错保护程度的情况下，从该可支配的用户编码中选择确定的用户代码(C)。
2.按照权利要求1的方法，
其特征在于，
—信道编码器(KC)可以产生具有可变码率R的信道代码，并且
—如此选择确定的用户代码(C)和所应用的信道代码的码率R，即由信道代码和用户代码形成的总代码的汉明距离是最大的。
3.按照权利要求1的方法，
其特征在于，
—信道编码器(KC)可以产生不同的代码形式、特别是分组码、卷积码、并行或串行链接的卷积码和/或分组码和涡轮代码，并且
—如此选择确定的用户代码(C)和所应用的信道代码的代码形式，即由信道代码和用户代码形成的总代码的汉明距离是最大的。
4.按照权利要求1的方法，
其特征在于，
—依赖于须传输的业务选择确定的用户代码(C)。
5.按照上述权利要求之一的方法，
其特征在于，
—DS-CDMA扩展代码用作用户编码。
6.按照权利要求1至4之一的方法，
其特征在于，
—MC-CDMA扩展代码用作用户编码。
CNB008104808A 1999-07-16 2000-07-14 产生信道编码和用户编码的信息信号的方法和装置 Expired - Fee Related CN1145304C (zh)

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